2604 多工位變速鉆床設(shè)計(jì),多工位,變速,鉆床,設(shè)計(jì)
1工 作 臺(tái) 刀 具 主 軸 箱A1nn234機(jī) 架多工位變速鉆床設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 機(jī)床的發(fā)展與現(xiàn)狀金屬切削機(jī)床是人類在改造自然的長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。最原始的機(jī)床是依靠雙手的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在工件上鉆孔。隨著加工對(duì)象材料的變化和社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)床的種類也隨著增加，功能也越來(lái)越多。近年來(lái)，由于新技術(shù)的發(fā)展并在機(jī)床領(lǐng)域得到應(yīng)用，使機(jī)床的發(fā)展更加迅猛。多樣化、精密化、高效化、自動(dòng)化是這一時(shí)代機(jī)床發(fā)展的基本特征。也就是說(shuō)，機(jī)床的發(fā)展緊密迎合社會(huì)生產(chǎn)的多種多樣和越來(lái)越高的要求。我國(guó)的機(jī)床工業(yè)是在新中國(guó)成立后建立起來(lái)的。50 多年來(lái)，我國(guó)的機(jī)床工業(yè)獲得了高速發(fā)展。目前我國(guó)已經(jīng)形成了布局比較合理、比較完善的機(jī)床工業(yè)體系。機(jī)床的性能也在逐漸提高，有些機(jī)床的性能已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。但與世界水平相比，還是有較大的差距。因此，要想縮短與先進(jìn)國(guó)家的差距，我們必須開發(fā)設(shè)計(jì)出我國(guó)自己的高性能機(jī)床?，F(xiàn)代金屬切削機(jī)床的主要發(fā)展趨勢(shì)是：提高機(jī)床的加工效率，提高機(jī)床的自動(dòng)化程度以及進(jìn)一步提高機(jī)床的加工精度和減小表面粗糙度值。1.2 機(jī)床的用途及分類鉆床是孔加工用機(jī)床，主要用來(lái)加工外形較復(fù)雜，沒(méi)有對(duì)稱回轉(zhuǎn)軸線的工件上的孔。在鉆床上加工時(shí)，工件不動(dòng)，刀具作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，同時(shí)沿軸向移動(dòng)，完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床可完成鉆孔、擴(kuò)孔 、鉸孔等工作。 鉆床可分為：立式鉆床、臥式鉆床、臺(tái)式鉆床、搖臂鉆床，深孔鉆床及其它鉆床等。本次設(shè)計(jì)的四工位專用鉆孔機(jī)床是臥式鉆床，四工位專用機(jī)床是在四個(gè)工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔工作，如圖 1.1 所示。它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有兩個(gè)：一是裝有四工位工件的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，二是裝有專用電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)的三把刀具的主軸箱。主軸箱每向左移動(dòng)送進(jìn)一次，在四個(gè)工位上分別完成相應(yīng)的裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔工作。當(dāng)主軸箱右移退回到刀具離開工件后，工作臺(tái)回轉(zhuǎn) 90 度，然后主軸箱再次左移。很明顯 ，對(duì)某一個(gè)工件來(lái) 圖 1.1 四工位專用機(jī)床執(zhí)行動(dòng)作圖說(shuō)，要在四次工作循環(huán)后完成裝 、鉆、擴(kuò)、鉸、卸等工序。但對(duì)于專用機(jī)床來(lái)說(shuō)，一個(gè)循環(huán)就有一個(gè)工件完成上述全部工序。四工位專用機(jī)床可以大批量加工零件，大大提高了工作效率和自動(dòng)化程度。1.3 設(shè)計(jì)要求1）刀具頂端離開工作表面 65mm,快速移動(dòng)送進(jìn) 60mm 后，再勻速送進(jìn)60mm（包括 5mm 刀具切入量，45mm 工件孔深，10mm 刀具切出量).然后快速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰钠骄俣缺?K=2； 2）刀具勻速進(jìn)給速度為 2mm/s；工件裝、卸時(shí)間不超過(guò) 10s；3）生產(chǎn)率為 75 件/h；4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)能裝入機(jī)體內(nèi)。1.4 四工位專用機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)1.4.1 工藝動(dòng)作分解和機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖本機(jī)床主要有兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)件—回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和主機(jī)箱。它可分解為下列幾個(gè)工藝動(dòng)作：1）安置工件的工作臺(tái)要求進(jìn)給間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為 n2（r/min） 。2）安裝刀具的主軸箱能實(shí)現(xiàn)靜止、快進(jìn)、進(jìn)給、快退的動(dòng)作。3）刀具以速度 n1（r/min）轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)切削工件。根據(jù)上述要求可畫出樹狀功能圖，如圖 1.2 所示。圖 1.2 四工位專用機(jī)床樹狀功能圖四工位專用機(jī)床機(jī)床工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為 n2主軸箱進(jìn)、退刀運(yùn)動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)速度為n1（r/min ）靜止快進(jìn)進(jìn)給快退電動(dòng)機(jī) 1，n 電1由生產(chǎn)率可求出一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需時(shí)間 T=3600/75 s = 48s,刀具勻速送進(jìn) 60mm所需時(shí)間 t 勻 =60/2 s=30 s，刀具其余移動(dòng)（包括快速送進(jìn) 60mm，快速返回 120mm）共需 18s，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)靜止時(shí)間為 36s，因此足夠工件的裝、卸所需時(shí)間。其機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)情況如表 1.1 所示。表 1.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)情況執(zhí)行構(gòu)件 運(yùn) 動(dòng) 情 況工 作 行 程 空 回 行 程刀具（主軸箱）刀具在工件外 刀具在工件內(nèi) 刀具在工件外回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 轉(zhuǎn) 位 靜 止 轉(zhuǎn) 位1.4.2 四工位專用機(jī)床的機(jī)構(gòu)選型和機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定圖 1.3 為四工位專用機(jī)床的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖。選用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，由三條傳動(dòng)來(lái)實(shí)施運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換（其符號(hào)含義見圖 1.2 及有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)） ，以滿足三種工藝動(dòng)作的需要。a)工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)主軸箱往復(fù)移動(dòng) s=s(t)b)圖 1.3 四工位專用機(jī)床運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖表 1.2 四工位專用機(jī)床形態(tài)學(xué)矩陣分 功 能 解 （功能載體）分功能1 2 3 4 5減速 A 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng) 擺線針輪傳動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 2 ,n 電2電 動(dòng) 機(jī) 12345678910911213電 動(dòng) 機(jī) 1234678035減速 B 帶傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng) 行星傳動(dòng)工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng) C 圓柱凸輪間歇 機(jī)構(gòu) 弧面間歇 機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿棘 輪機(jī)構(gòu) 不完全齒輪 機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)工作臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng) D 移動(dòng)推桿圓柱 凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)推桿盤形凸輪與滑 塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊 機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu)下面有兩種總統(tǒng)布局方案可供選擇：見圖 1.4、1.51－電動(dòng)機(jī) 2－擺線針輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 3－小帶輪 4－V 帶 5－減速帶輪 6，7－齒輪 8－槽輪機(jī)構(gòu) 9－回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 10－移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 11－刀具主軸箱圖 1.4 四工位專用機(jī)床總體布局方案Ⅰ1－電動(dòng)機(jī) 2－小帶輪 3－ V 帶 4－減速帶輪 5－減速軸承 6，7－齒輪 8，9－齒輪 10－不完全齒輪機(jī)構(gòu) 11－回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 12－主軸箱 13－移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圖 1.5 四工位專用機(jī)床總體布局方案Ⅱ方案Ⅰ采用擺線針輪傳動(dòng)系統(tǒng)直接和電動(dòng)機(jī) 1 相連來(lái)實(shí)現(xiàn)減速，導(dǎo)致小帶輪轉(zhuǎn)速特別低，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的帶輪無(wú)法滿足要求，擺線針輪減速比過(guò)大，使機(jī)床結(jié)構(gòu)變大，又其電動(dòng)機(jī)和 V 帶傳動(dòng)都在機(jī)體內(nèi)部，使系統(tǒng)產(chǎn)生震動(dòng)，使機(jī)器的精度降低。方案 Ⅱ?qū)㈦妱?dòng)機(jī)和 V 帶傳動(dòng)設(shè)在機(jī)體外部，可減小機(jī)床的震動(dòng)；使用減速帶輪和減速軸承結(jié)合的減速方式可使機(jī)床的結(jié)構(gòu)變?。粶p速帶輪節(jié)約空間，減速軸承傳動(dòng)效率高，節(jié)約能源；采用的不完全齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，制造容易，比槽輪機(jī)構(gòu)等其他間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛。綜上，選擇方案Ⅱ1.5 本章小節(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了機(jī)床的發(fā)展、現(xiàn)狀、用途、分類以及四工位專用機(jī)床的設(shè)計(jì)要求，最后詳細(xì)介紹了四工位專用機(jī)床的總體方案的選擇、評(píng)定與確定。第 2 章 四工位專用機(jī)床的技術(shù)設(shè)計(jì)2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)2.1.1 電動(dòng)機(jī) 1 的選擇1. 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定電動(dòng)機(jī)的功率消耗主要有兩部分：一部分是工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，估計(jì) P 轉(zhuǎn)盤 =0.8 KW ；一部分是移動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)所消耗的功率約為 P 進(jìn) =1.6 KW。則總功率為 P 總 =P 轉(zhuǎn)盤 ＋ P 進(jìn) =0.8 KW＋ 1.6 KW = 2.4 KW。估計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)總機(jī)械效率 η總 為 0.85，則電動(dòng)機(jī)的功率至少應(yīng)為 P 電 = P 總 /η總 =2.4/0.85=2.82 KW.由此選擇 Y100L2－4 型 Y 系列鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。 P 額 =3 KW。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸見表 2.1：表 2.1 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)、外形和安裝尺寸表型號(hào) 額定功率/ KW 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 最大轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩）Y801－4 3 1420 2.2外形尺寸/ mm×mm×mmL×(AC/2+AD)×HD中心高/mmH安裝尺寸 /mmA×B軸伸尺寸/ mm×mm×mmD×E380×282.5×245 100 190×140 28×602. 確定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比因 n 電 =1420r/min，n 工作機(jī) =1.25 r/min 則外總傳動(dòng)比為 i 總 =n 電 / n 工作機(jī)=1420/1.25=1136 由帶傳動(dòng)比不易太大,故取帶傳動(dòng)比 i 帶 =4,減速帶輪傳動(dòng)比 i 帶減=12.636,減速軸承的傳動(dòng)比 i 減軸承 =10,齒輪 6、7 的傳動(dòng)比 i6，7 =2.2, 齒輪 8、9 的傳動(dòng)比 i8,9=1。3. 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速和功率（1）各軸的轉(zhuǎn)速n1= n 電 =1420 r/min min/09.28i/63.2402 rri ???帶 減帶 電n3 = i/1.in/198i減 軸 承n4 = i/28.i/.27,63rri?（2）各軸的功率查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，效率取 η帶 =0.96，η 齒 =0.98，η 軸承 =0.99，η 聯(lián)軸器 =0.992，η 減軸承 =0.94，η 帶減 =0.94。電動(dòng)機(jī)的輸出功率估計(jì)為 2.8KW.I 軸 P1=P0= 2.8KW.II 軸 P 2= P1η帶 η帶減 =2.8 ×0.96 ×0.94=2.527KWIII 軸 P3= P2η減軸承 η聯(lián)軸器 η軸承 =2.527×0.94×0.992×0.99=2.333 KWIV 軸 P4= P3η齒 η軸承 =2.333×0.98×0.99=2.263 KWV 軸 P 5=P4η齒 η軸承 =2.263×0.98×0.99=2.196KWVI 軸 P6= P5η齒 η軸承 =2.196×0.98×0.99=2.130 KWVII 軸 P7= P4η聯(lián)軸器 η軸承 =2.130×0.992×0.99=2.092 KW2.1.2 V 帶及帶輪的設(shè)計(jì)1.確定計(jì)算功率 Pca(KW) PcaK?（2.1）由此電機(jī)每天工作 16 個(gè)小時(shí)，載荷變動(dòng)小。由參考文獻(xiàn)[6]查表選取 KA=1.1，又 P=3KW,則 P ca=1.1×3KW=3.3 KW。2.選擇帶型根據(jù)計(jì)算的功率 Pca =3.3 KW 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 n1=1420r/min,選用普通 V 帶 A 型。3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 D1 和 D2（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 D1。根據(jù) V 帶截面型，參考文獻(xiàn) [6]查表選取。D1≥Dmin ，D min=75mm,取 D1 =75mm。（2）驗(yàn)算帶的速度 v（m/s）m/s1π nπ 754205.6061????（3）計(jì)算 D2 D2= i 帶 D1=4×75=300mm4. 確定中心距 a 和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ld由下式初選 a0 0.7（D 1＋D 2）
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